CN105756117B - 沿路径或轨道控制挖掘配件 - Google Patents

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Abstract

一种工业机械，包括：部件，配置为控制所述部件的一个或多个致动器，配置为产生对应于所述部件的第一期望运动的第一信号和对应于所述部件的第二期望运动的第二信号的输入装置，和控制器。所述控制器被配置成：接收第一信号；确定第一目标矢量；确定第一组控制信号，该第一组控制信号涉及第一期望运动；提供所述第一组控制信号给一个或多个致动器。所述控制器还被配置成接收第二信号；确定第二目标矢量；基于所述第一目标矢量及第二目标矢量确定第二组控制信号，该第二组控制信号涉及第二期望运动；和提供所述第二组控制信号给所述一个或多个致动器。

Description

沿路径或轨道控制挖掘配件
技术领域
本发明涉及沿路径或轨道控制挖掘配件。
背景技术
工业机械(例如电挖掘铲机)由操作员控制，其向工业机械的“关节”发出运动参照的指令。提升致动器、挖掘致动器以及摆动致动器可被认为是工业机械的主要移动“关节”。为了使得工业机械的部件(例如，工业机械的末端执行器或挖掘配件，比如包括铲斗、铲斗刀口等)按照特定路径或轨道移动，操作员必须向这些关节施加具体而准确的指令。准确地和精确地完成一些动作，例如保持水平线，对于操作员而言是非常困难的。例如，越要对工业机械的挖掘配件进行准确的控制，操作员就越难以为期望的路径或轨道提供必需的输入指令以达到位置和速度目标。
例如，一些应用领域(诸如制造机器人)使用超大马达来对机械臂进行精确的位置和速度控制。这种方式不能用于工业机械中，因为在工业机械中马达的能力不具有相同类型的高架以及缩放的控制权(例如，马达大小相比于机械大小)。因此，制造机器人时所使用的控制方案的类型不能转化到并且不能应用于工业机械中(例如，挖掘电铲、索铲等)。
发明内容
本发明提供了一种控制系统和方法，该控制系统和方法可准确地并且精确地控制工业机械的部件或末端执行器(end effector)。该控制系统能处理工业机械的大惯量、部件的位置蠕变，以及工业机械致动机构(例如，马达、液压装置等)的速度和扭矩的限制。本发明将操作员的输入(例如，通过操纵杆)转化为路径或轨道目标。在维持运动的速度和准确性的同时，生成或更新目标矢量，控制器将末端执行器定位于目标矢量上。控制器将操作员的指令转化为不同的形式(例如，Z轴速度，X轴速度，等等)，计算期望的路径或轨道，更新目标矢量，沿着所计算的路径控制工业机械的部件，同时补偿位置蠕变、阻力、新的操作指令等。对于操作员的每个输入，通过更新目标矢量而不是计算新的目标矢量，从而在无需超大马达(即，其用于相当小的机器人应用中)的情况下，可以实现对工业机械的部件或末端执行器的精确位置和速度控制。
在一个实施例中，本发明提供了一种用于控制工业机械部件的运动的方法，该方法包括：从输入装置接收对应于所述部件的第一期望运动的第一信号；通过控制器基于所述第一信号确定第一目标矢量；通过所述控制器基于所述第一目标矢量确定第一组控制信号，该第一组控制信号涉及所述部件的第一期望运动；提供所述第一组控制信号给一个或多个致动器，以基于所述第一目标矢量控制工业机械的所述部件。该方法还包括：从输入装置接收对应于所述部件的第二期望运动的第二信号；通过所述控制器基于所述第二信号确定第二目标矢量；通过所述控制器基于所述第一目标矢量及第二目标矢量确定第二组控制信号，该第二组控制信号涉及所述部件的第二期望运动；和提供所述第二组控制信号给所述一个或多个致动器，以基于所述第二目标矢量控制工业机械的所述部件。
在另一个实施例中，本发明提供了一种工业机械。该工业机械包括：部件；配置为控制所述部件的一个或多个致动器；配置为产生对应于所述部件的第一期望运动的第一信号和对应于所述部件的第二期望运动的第二信号的输入装置；和包括处理器和存储器的控制器。所述控制器被配置为：接收第一信号；基于所述第一信号确定第一目标矢量；基于所述第一目标矢量确定第一组控制信号，该第一组控制信号涉及所述部件的第一期望运动；提供所述第一组控制信号给一个或多个致动器，以基于所述第一目标矢量控制工业机械的所述部件。所示控制器还被配置为：接收第二信号；基于所述第二信号确定第二目标矢量；基于所述第一目标矢量及第二目标矢量确定第二组控制信号，该第二组控制信号涉及所述部件的第二期望运动；和提供所述第二组控制信号给所述一个或多个致动器，以基于所述第二目标矢量控制工业机械的所述部件。
在对本发明的任何实施例进行详细解释之前，应当理解，本发明并不限于应用于下面的描述或附图中示出的构造和部件安排。本发明可用于其他实施例中，并且可采样各种方法实现或实施。并且，应当理解，本文使用的词语和术语为用于描述的目的，不应被认为是限制性的。这里使用“包括”、“包含”或“具有”以及它们的各种变化旨在包含它们之后的所列出的项目和它们的等效，以及额外的项目。术语“安装”、“连接”和“耦接”被广义地使用，包括直接或间接的安装、连接和耦接。进一步地，“连接”和“耦接”不限于物理的或机械的连接或耦接，可包括电气的直接或间接的连接或耦接。并且，电子通信和通知可采样任何一支的方式执行，包括直接连接、无线连接，等等。
应当指出，多个基于硬件和软件的设备，以及多个不同结构的部件，可以用于实施本发明。进一步地，以及正如在后续的段落中将要描述的，图中示出的特定的配置打算用于对本发明的实施例进行示例。然而，其他可替换的配置也是可能的。除非特别说明，术语“处理器”、“中央处理单元”和“CPU”可互换。术语“处理器”、“中央处理单元”或“CPU”用于标识执行具体功能的单元，可以理解，除非特别说明，那些函数可由单个处理器或组织成任意形式的多个处理器执行，这些形式包括并行处理器、串行处理器、串联处理器或云处理/云计算配置。
通过考虑详细描述和附图，本发明的其他方面将变得很明显。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施例的工业机械。
图2示出了根据本发明的一个实施例的图1的工业机械的控制系统。
图3示出了根据本发明的另一实施例的图1的工业机械的控制系统。
图4示出了根据本发明的一个实施例的矢量控制系统。
图5示出了根据本发明的一个实施例的矢量控制。
图6示出了根据本发明的一个实施例的关节控制模块。
图7示出了根据本发明的一个实施例的矢量控制系统。
图8示出了根据本发明的一个实施例的矢量控制。
具体实施方式
本文所述的发明涉及控制工业机械的部件或端点(end point)的运动。与使用操作员指令以控制关节(例如，提升、挖掘、摆动)速度达到用户指定值所不同的是，本发明使用操作员指令以产生用于工业机械的部件或端点的目标速度矢量。操作员输入值被转换为目标速度矢量以用于工业机械的部件或端点。目标速度矢量用于为关节产生驱动值或速度从而使得用于关节的驱动值或速度被映射以得到该部件或端点的期望速度矢量。从操作员接收到后续指令时，基于来自操作员的新指令，之前的目标速度矢量被更新。这样，该部件或端点的目标速度矢量为持续的矢量，其基于来自操作员的指令被连续地更新。这种技术提高了准确地沿着期望路径或轨道控制工业机械的部件或端点的运动的能力。
虽然本文所描述的发明能够应用到各种工业机械(例如绳铲、索铲、AC机械、DC机械、油压机等)，但本文所描述的发明的实施例是针对钢丝绳电铲或动力铲进行描述的，诸如图1中所示的工业机械10。工业机械10包括用以推动所述工业机械10向前或后退并且使工业机械10转向的履带15(例如，通过改变左履带和右履带彼此间的相对速度和/或方向)。所述履带15支撑基座25，所述基座25包括驾驶室30。所述基座25可以绕着摆动轴35摆动或旋转，例如，从挖掘位置运动到卸料位置。履带15的运动对于摆动动作并不是必须的。工业机械10还进一步包括可旋转的铲斗臂45和铲斗50。所述铲斗50包括用以倾倒铲斗中内存物的门55。
所述工业机械10包括连接在所述基座25和悬臂65之间以支撑所述悬臂65的悬索60。所述工业机械还包括绕在基座25内的绞盘和提升卷筒(图中未显示)上的钢丝绳或提升索70，绞盘和提升卷筒用以缠绕所述提升索70来提升或降低所述铲斗50，以及连接在另一个开斗索(图中未显示)和铲斗门55之间的挖掘索75。所述工业机械还包括鞍块80、滑轮85和吊架结构90。在某些实施例中，所述工业机械10为由P&H装备公司制造的
Figure BDA0000901226280000041
Figure BDA0000901226280000042
系列铲。
图2示意与图1的工业机械10相关联的控制器200。控制器200与工业机械10的各个模块或部件电连接和/或通信连接。例如，所示控制器200被连接到一个或多个指示器205、用户界面模块210、一个或多个提升致动装置(例如，马达、液压缸等)以及提升驱动装置215，一个或多个挖掘致动装置(例如，马达、液压缸等)以及挖掘驱动装置220，一个或多个摆动致动装置(例如，马达、液压缸等)以及摆动驱动装置225，数据存储器或数据库230、功率供应模块235、一个或多个传感器240。所述提升致动装置以及驱动装置215，所述挖掘致动装置以及驱动装置220和摆动致动装置以及驱动装置225被配置成接收来自控制器200的控制信号，以控制所述工业机械10的提升、挖掘和摆动操作。所述控制器200包括其中可操作地配置用以或规划用以控制工业机械10的操作、控制悬臂65、铲斗臂45、铲斗50等的位置、带动一个或多个指示器205(例如液晶显示器"LCD")、监视工业机械10的操作等的硬件和软件的组合。其中，所述一个或多个传感器240包括负载销、应变计、一个或多个倾角计、吊架销(gantry pin)、一个或多个马达现场(field)模块(例如，测量电动机的参数，比如电流、电压、功率等)，一个或多个旋转变压器等。在一些实施例中，除了挖掘电动机外，还能够使用其它挖掘驱动装置(例如单腿杆、操纵杆、液压缸型等的挖掘驱动装置)。
在某些实施例中，控制器200包括提供电力、操作控制和保护控制器200和/或工业机械10内的部件和模块的多个电气和电子部件。例如，控制器200包括处理单元250(例如微处理器、微控制器或其它合适可编程装置)、存储器255、输入单元260和输出单元265。其中，处理单元250包括：控制单元270、算术逻辑单元("ALU")275和多个寄存器280(图2所示为一组寄存器)，并且使用诸如改进的哈佛体系结构(Harvard architecture)、冯·诺伊曼体系结构等的已知计算机体系结构来实施。处理单元250、存储器255、输入单元260、输出单元265以及被连接到控制器200的各个模块通过一条或多条控制和/或数据总线(例如公用总线285)连接。为示例目的，控制和/或数据总线在图2中概括性地示出。鉴于本文所描述的发明，一条或多条控制和/或数据总线用于各个模块和部件之间的互相联络和相互连接对于本领域技术人员而言是众所周知的。
存储器255包括例如程序储存区和数据储存区。程序储存区和数据储存区可以包括不同类型的存储器的组合，诸如只读存储器("ROM")、随机存取存储器("RAM")(例如动态RAM["DRAM"]、同步DRAM["SDRAM"]等)、电可擦可编程只读存储器("EEPROM")、闪存、硬盘、SD卡或其它合适的磁性、光学、物理或电子存储器装置。处理单元250被连接到存储器255并执行被存储在存储器255的RAM(例如在执行期间)、存储器255的ROM(例如在基本永久基础上)或诸如其它存储器或磁盘的其它非暂时性计算机可读介质中的软件指令。包括在工业机械10的实施中的软件可以被储存在控制器200的存储器255中。所述软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、筛选程序、规则、一个或多个程序模块以及其它可执行指令。其中，控制器200被构造成从存储器取回并执行涉及本文描述的控制流程和方法的指令。在其它结构中，控制器200包括另外的、更少的或不同的部件。
功率供应模块235向控制器200或工业机械10的其它部件或模块提供额定AC或DC电压。功率供应模块235例如由具有100V和240V AC之间的额定线电压和大约50-60Hz的频率的电源供电。功率供应模块235还被构造成提供较低电压，以操作控制器200或工业机械10内部的电路和部件。在其它结构中，控制器200或工业机械10内的其它部件和模块由一个或多个电池或电池组，或其它不依赖电网的电源(例如发电机、太阳能板等)供电。
用户界面模块210用来控制或监视工业机械10。例如，用户界面模块210可操作地连接到控制器200，以控制铲斗50的位置、悬臂65的位置、铲斗臂45的位置等。用户界面模块210包括用于实现对工业机械10进行期望水平的控制和监视所需的数字和模拟输入或输出装置的组合。例如，用户界面模块210包括显示器(例如主显示器、第二显示器等)和输入装置，诸如触摸屏显示器、多个旋钮、表盘、开关、按钮等。显示器例如是液晶显示器("LCD")、发光二极管("LED")显示器、有机LED("OLED")显示器、电致发光显示器("ELD")、表面传导电子发射体显示器("SED")、场致发射显示器("FED")、薄膜晶体管("TFT")LCD等。用户界面模块210还能够被构造成实时或大致实时地显示与工业机械10相关联的状态或数据。例如，用户界面模块210被构造成显示所测量的工业机械10的电特征、工业机械10的状况、铲斗50的位置、铲斗臂45的位置等。在一些实施方式中，联合控制用户界面模块210和一个或多个指示器205(例如LED、扬声器等)，以提供工业机械10的状态或状况的视觉或听觉指示。
图3示意用于工业机械10的更详细控制系统400。例如，工业机械10包括主控制器405、网络交换机410、控制箱415、辅助控制箱420、操作员驾驶室425、第一提升驱动模块430、第二提升驱动模块435、挖掘驱动模块440、摆动驱动模块445、提升现场模块450、挖掘现场模块455和摆动现场模块460。控制系统400的各个部件例如使用用于工业自动化的一个或多个网络协议的光纤通信系统连接并通过该光纤通信系统通信，所述光纤通信系统利用诸如过程现场总线("PROFIBUS")、以太网、控制网、基金会现场总线、INTERBUS、控制器局域网("CAN")总线等的一个或多个网络协议。控制系统400能够包括以上参照图2所述的部件和模块。例如，一个或多个提升致动装置和/或驱动装置215对应于第一和第二提升驱动模块430和435，一个或多个挖掘致动装置和/或驱动装置220对应于挖掘驱动模块440，并且一个或多个摆动致动装置和/或驱动装置225对应于摆动驱动模块445。用户界面210和指示器205能够被包括在操作员驾驶室425等中。应变计、倾斜计、吊架销和旋转变压器等能够将电信号提供到主控制器405、控制箱415、辅助控制箱420等。
第一提升驱动模块430、第二提升驱动模块435、挖掘驱动模块440和摆动驱动模块445能够被构造成从例如主控制器接收控制信号，以控制工业机械10的提升、挖掘和摆动操作。所述控制信号与用于工业机械10的提升、挖掘和摆动致动装置215、220和225的驱动信号相关联。当驱动信号被施加到致动装置215、220和225时，致动装置的输出(例如，电气和机械输出)被监视并被反馈回到主控制器405(例如，经由现场模块450-460)。致动装置的输出包括例如位置、速度、扭矩、功率、电流、压力等。基于与工业机械10相关联的这些和其它信号，主控制器405被构造成确定或计算工业机械10或其部件的一个或多个操作状态或位置。在一些实施例中，主控制器405确定铲斗位置、铲斗臂的角度或位置、悬载、铲斗有效载重、提升绳包角、提升速度、一些死缠、挖掘速度、铲斗速度、摆动速度、铲斗加速度、重心偏移(例如，相对轴35)、颠覆力矩、总吊架负载(例如总吊架结构负载)等。
控制器200/405被配置为基于操作员特定的输入(例如，关节速度输入)执行对工业机械10的部件或端点的速度和位置控制。用户输入或指令被通过例如操纵杆或上文所述的另一种输入装置输入到控制器200/405中。来自用户的输入被转换为对期望运动(例如，提升运动、挖掘运动、摆动运动，等等)的百分比。然后，基于工业机械的配置和/或状态或情况，该输入被转换为全局运动指令(例如，X轴指令、Z轴指令、期望矢量，等等)。例如，差分速度动力学可被控制器200/405使用以达到协调的关节运动以及纠正工业机械10的部件或端点的位置误差。
图4中以功能框图示出了用于工业机械10的控制架构500。用户输入模块505从用户(例如，操纵杆等)接收输入。用户输入模块505向参考速度模块510提供与用户输入相关的信号(例如，操纵杆％)。用户输入被参考速度模块510转换为一个或多个参考速度矢量
Figure BDA0000901226280000071
例如，基于工业机械的工作模式，工业机械可执行不同的转换。该转换可对应于产生期望的速度矢量
Figure BDA0000901226280000072
(即，在时间步骤k时的坐标系内的期望的速度矢量，坐标系可以例如是极坐标系、柱坐标系[即，R1Z1θ1]等等)的模式，例如笛卡尔模式、水平路径模式、编程路径模式，等等。
在笛卡尔模式中，根据等式1，提升的操纵杆输入被沿着垂直轴(例如，Z轴)乘以最大速度：
Z轴[m/s]＝最大轴速度[m/s]*提升的操纵杆[％] 等式1
根据等式2，挖掘的操纵杆输入被沿着水平轴(例如，X轴)乘以最大速度：
X轴[m/s]＝最大轴速度[m/s]*挖掘的操纵杆[％] 等式2
在水平路径模式中，根据等式3，提升的操纵杆输入被沿着水平轴(例如，X轴)乘以最大速度：
X轴[m/s]＝最大轴速度[m/s]*提升的操纵杆[％] 等式3
根据等式4，挖掘的操纵杆输入被沿着水平轴乘以最大路径偏差：
偏差角[°]＝0[°]+最大路径偏差[m]*挖掘的操纵杆[％] 等式4
在编程路径模式中，根据等式5，提升的操纵杆输入被沿着一个轴(例如，Z轴)乘以最大速度：
路径上的速度[m/s]＝最大轴速度[m/s]*提升的操纵杆[％] 等式5
根据等式6，挖掘的操纵杆输入被沿着水平轴乘以最大路径偏差：
路径偏差[m]＝0[m]+最大路径偏差[m]*挖掘的操纵杆[％] 等式6
每种模式提供了与机械反馈参数或特性相结合的足够的信息，例如当前铲斗位置和其他前向运动学参数，以确定或计算输出速度目标(例如，X轴[m/s]和Z轴[m/s]速度目标)。
关节控制模块515接收速度矢量
Figure BDA0000901226280000081
期望速度矢量
Figure BDA0000901226280000082
和前向运动学参数K(θ)。
Figure BDA0000901226280000083
为时间步骤k-1时在坐标系内的期望速度矢量。关节控制模块515输出所指令的角速度或关节速度指令的矢量θcom，该矢量被作为反馈信号提供给机械致动模块520以及关节控制模块515。机械致动模块520对应于或提供信号给例如一个或多个提升致动器及提升驱动器215，一个或多个挖掘致动器及挖掘驱动器220，以及一个或多个摆动致动器及摆动驱动器225。机械致动模块520的输出被配置为或可操作地通过使用致动器及驱动器215、220和225来控制机械部件525(例如，铲斗50等等)的操作。机械致动模块520的输出也被提供给前向运动学模块530作为机械运动学配置的当前矢量θcom。前向运动学模块530向关节控制模块515输出前向运动学参数K(θ)。
由参考速度模块510生成并提供给关节控制模块515的速度矢量在图5中的RxZxθx柱坐标系600中例如以图形化的方式示出。用户输入(例如，操纵杆指令)被用于在坐标系600中指明期望速度矢量
Figure BDA0000901226280000084
的组成。Ro和Zo为时间区间k＝0时坐标系的轴。R1和Z1为时间区间k＝1时坐标系的轴。参考图5，Xh为用于位置纠正函数(例如，雅克比反函数(inverseJacobian function))相对于固定的R0Z0θ0坐标系的初始位置(home position)矢量。
Figure BDA0000901226280000091
表示R1Z1θ1坐标系内的期望速度分量。Xd为R1Z1θ1坐标系内的期望位置矢量。Xc为R1Z1θ1坐标系内的当前位置矢量。
Figure BDA0000901226280000092
为当前角度方向，
Figure BDA0000901226280000093
为期望角度方向。
在一些实施例中，用于工业机械10的目标矢量是基于工业机械的笛卡尔空间(例如，X和Y坐标)的不变矢量。每个操作人员输入被评价并用来调整目标矢量的一个方面。利用恒定矢量，通过针对来自操作人员指令的每个处理器更新产生全新的目标矢量，系统的稳定性和控制响应得到改善。在一些实施方案中，所述目标矢量更新经由速率限制器并基于所述目标矢量的方向和大小被平滑化，以防止控制突变或不稳定的运动指令。在一些实施方案中，工业机械的运动也可以作为目标函数进行控制，例如使用控制架构500的“垂落切割(drop cut)”或者“平坦前行(flat front)”。在一些实施方案中，所述控制器识别或接收操作人员试图执行什么运动的指示(例如，垂落切割、平坦前行或选择性挖掘)。
关节控制模块515被更为详细地示出于图6中。在一些实施方案中，关节控制模块515提供了提升控制、挖掘控制、摆动控制和倾斜运动控制。期望的速度矢量
Figure BDA0000901226280000094
的目标速度方向
Figure BDA0000901226280000095
和速度大小
Figure BDA0000901226280000096
被输入到速度模块700用于当前时间步骤k和先前的时间步骤k-1，以更新所期望的速度矢量或目标矢量。用于当前的时间步骤k和先前的时间步骤k-1的更新后的目标速度矢量之间的差则在求和模块705处被确定。
在所述两个速度之间的差异被确定之后，关节控制模块515以四种方式之一进行响应。具体地说，关节控制模块515响应于：(1)仅仅是方向的变化；(2)仅仅是大小的变化；(3)大小和方向均没有变化(位置误差)；和(4)数量或方向没有变化(无位置误差)。该关节控制模块515做出响应以控制所述工业机械的部件的方式取决于所述端点的当前位置以及所期望的速度指令的方向和大小(即，所指令的角速度的矢量
Figure BDA0000901226280000097
)。
关节控制模块515首先检查在方向710模块中的变化处的速度指令的方向变化。速度方向的变化指定操作人员希望遵从的新的直线路径。如果方向变化被检测到，目前的前向运动学数据K(θ)被用作用于第一函数715(例如，雅可比反函数)的输入。第一函数715规定机械的致动器速度映射为端点速度。期望速度矢量
Figure BDA0000901226280000098
和所指令的角速度
Figure BDA0000901226280000099
或关节速度指令矢量之间的例示性关系被给出在等式7中。
Figure BDA0000901226280000101
等式7
输出关节速度指令
Figure BDA0000901226280000102
然后被提供给机械致动器215、220和225。在端点处的初始位置Xh和路径时间Δ根据等式8和9在复位模块720处被复位。
Xh＝Xh+Xc 等式8
Δt＝0 等式9
其中，Δt是在目标路径上运动所花费的时间量(即路径时间)。初始位置和路径时间被用作基准位置来校正在端点位置的失调。
如果在模块710中，指令方向保持恒定(即，基本上不变)，关节控制模块515确定是否在大小模块725发生改变处出现了目标速度矢量
Figure BDA0000901226280000103
的大小变化。如果检测到有大小变化，目前的前向运动学数据K(θ)被用作对第二函数730(例如，雅可比反函数)的输入，该函数用于校正位置。对于大小改变的示例性位置校正函数被示出于等式10中：
Figure BDA0000901226280000104
等式10
所述路径时间和初始位置然后根据等式11和12在复位模块735处被复位：
Figure BDA0000901226280000105
等式11
Δt＝0 等式12
如果指令的方向和大小都保持恒定，关节控制系统使用当前前向运动学数据K(θ)在位置误差模块740处确定端点位置误差e。端点位置误差给出于等式13中：
等式13
其中，
Figure BDA0000901226280000107
是在所述坐标系的Z方向上的期望位置，
Figure BDA0000901226280000108
是在所述坐标系的Z方向上的当前位置，
Figure BDA0000901226280000109
是在所述坐标系的R方向上的期望位置，
Figure BDA00009012262800001010
是在所述坐标系的R方向上的当前位置，ethreshold是阀值端点位置误差值。
如果位置误差大于在745处的阀值端点位置误差值，所述输出关节速度指令
Figure BDA00009012262800001011
通过使用前向运动学数据K(θ)作为对于第三函数750(例如雅可比反函数)的输入而得以确定，如在等式14中作为例示的方式所提供的：
Figure BDA00009012262800001012
等式14
所述初始位置和误差根据等式15和16在复位模块755处被复位：
Xh＝Xh+Xc 等式15
Δt＝0 等式16
如果位置误差小于或等于在745处的阀值端点位置误差值，所述输出关节速度指令
Figure BDA0000901226280000111
通过使用前向运动学数据K(θ)作为对于第四函数760(例如雅可比反函数)的输入而得以确定，如在等式17和18中作为例示的方式所提供的：
Figure BDA0000901226280000112
等式17
Figure BDA0000901226280000113
等式18
在该实例中，所述初始位置和路径时间不被复位。
工业机械10的部件根据上述控制的运动可以相对于所述目标矢量和目标矢量的更新而被可视化。例如，从工业机械的部件(例如铲斗等)或端点的视角来看，第一操作人员输入(在时间步骤k-1处)和第二操作人员输入(在时间步骤k处)对工业机10的目标矢量的作用示出于图7和8中。仅有第一和第二操作人员输入的效果将参照图7和8进行介绍，以达到清楚和例示的目的。如图7中的图表800所示，工业机械的端点的当前位置805受操作人员输入的影响。工业机械的当前端点可以是端点的初始位置或者在一个或多个操作人员输入之后的位置。操作人员输入具有相应的目标矢量810，该目标矢量包括在Z方向上的分量815和在X方向上的分量820。
参照图8的图表825，已接收到更新的操作人员输入。然而，工业机械的端点的当前位置由于所接收到的第一个操作人员输入而已经移动到新的当前位置830。更新的操作人员输入具有相应的目标矢量835，该目标矢量包括在Z方向的分量840和在X方向上的分量845。然而，先前的目标矢量810被更新后的目标矢量835更新，而不是控制工业机械10的端点从新的当前位置830沿着更新后的目标矢量835运动。具体地，沿矢量810的位置，对应于端点由于在位置805处接收到第一操作人员输入沿所述矢量的运动被用作用于更新的目标矢量835(实线835，而不是虚线835)的起点。
因此，本发明除其他事项外还提供了用于沿路径或轨迹控制工业机械的挖掘配件的系统、方法、设备和计算机可读介质。本发明的各种特征和优点列出于下面的权利要求中。

Claims (18)

1.一种用于控制工业机械的部件的运动的方法，该方法包括：
从用户输入装置接收对应于所述部件的第一期望运动的第一信号；
通过控制器基于所述第一信号确定第一目标矢量；
通过所述控制器基于所述第一目标矢量确定第一组控制信号，该第一组控制信号涉及所述部件的第一期望运动；
提供所述第一组控制信号给一个或多个致动器，以基于所述第一目标矢量控制工业机械的所述部件；
从所述用户输入装置接收对应于所述部件的第二期望运动的第二信号；
通过所述控制器基于所述第二信号确定第二目标矢量；
通过所述控制器基于所述第一目标矢量及第二目标矢量确定第二组控制信号，该第二组控制信号涉及所述部件的第二期望运动，其中使用所述第二目标矢量来更新所述第一目标矢量，并且所述更新的第一目标矢量被用于确定所述第二组控制信号；和
提供所述第二组控制信号给接收所述第一组控制信号的所述一个或多个致动器，以基于所述第二目标矢量控制工业机械的所述部件。
2.如权利要求1所述的方法，其中工业机械的所述部件是铲斗。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述工业机械是电绳铲。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一目标矢量基于所述第一目标矢量和第二目标矢量之间的方向变化进行更新。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述第二组控制信号是通过雅可比反函数确定的。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述雅可比反函数将所述一个或多个致动器的速度映射为所述部件的端点速度。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一目标矢量基于所述第一目标矢量和第二目标矢量之间的大小变化进行更新。
8.如权利要求1所述的方法，其中所述第一目标矢量基于所述第一目标矢量和第二目标矢量之间的位置误差进行更新。
9.如权利要求1所述的方法，其中所述第二组控制信号将所述一个或多个致动器的速度映射为所述部件的端点速度。
10.一种工业机械，包括：
部件；
配置为控制所述部件的一个或多个致动器；
配置为产生对应于所述部件的第一期望运动的第一信号和对应于所述部件的第二期望运动的第二信号的用户输入装置；和
包括处理器和存储器的控制器，所述控制器被配置为：
接收第一信号；
基于所述第一信号确定第一目标矢量；
基于所述第一目标矢量确定第一组控制信号，该第一组控制信号涉及所述部件的第一期望运动；
提供所述第一组控制信号给一个或多个致动器，以基于所述第一目标矢量控制工业机械的所述部件；
接收第二信号；
基于所述第二信号确定第二目标矢量；
基于所述第一目标矢量及第二目标矢量确定第二组控制信号，该第二组控制信号涉及所述部件的第二期望运动，其中使用所述第二目标矢量来更新所述第一目标矢量，并且所述更新的第一目标矢量被用于确定所述第二组控制信号；和
提供所述第二组控制信号给接收所述第一组控制信号的所述一个或多个致动器，以基于所述第二目标矢量控制工业机械的所述部件。
11.如权利要求10所述的工业机械，其中工业机械的所述部件是铲斗。
12.如权利要求10所述的工业机械，其中所述工业机械是电绳铲。
13.如权利要求10所述的工业机械，其中所述第一目标矢量基于所述第一目标矢量和第二目标矢量之间的方向变化进行更新。
14.如权利要求13所述的工业机械，其中所述第二组控制信号是通过雅可比反函数确定的。
15.如权利要求14所述的工业机械，其中所述雅可比反函数将所述一个或多个致动器的速度映射为所述部件的端点速度。
16.如权利要求10所述的工业机械，其中所述第一目标矢量基于所述第一目标矢量和第二目标矢量之间的大小变化进行更新。
17.如权利要求10所述的工业机械，其中所述第一目标矢量基于所述第一目标矢量和第二目标矢量之间的位置误差进行更新。
18.如权利要求10所述的工业机械，其中所述第二组控制信号将所述一个或多个致动器的速度映射为所述部件的端点速度。
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